初探「多世界」的存在

整理 ◎ 方洪

在這宇宙之中是否會有無限多個世界同時存在，相互平行地演變著，我們每一個人都同時生活在這無限多個世界中，做著不同的事情，而所有的物體在每一個的世界中也都有其特定的存在和演化形式……

這聽起來就像是科幻小說，然而這正是量子力學的多世界理論（Many Worlds Theory）的中心內容。這個理論是由普林斯頓大學的物理學博士艾佛雷特（Hugh Everett ）在一九五七年首先提出來的，而後被美國最著名的宇宙物理學家，相對論專家，二戰時期研製原子彈的曼哈頓計畫和氫彈計畫的主持人之一的約翰‧惠勒(John Wheeler )教授所進一步發展。

在其後的五十年當中，這一理論吸引了一代又一代的物理學家致力其中，其中的代表人物之一，是英國牛津大學著名的的戴維‧德伊池（David Deutsch ）教授。

作為世界理論物理學界的一位領袖，德伊池教授在二零零一年九月曾經接收美國著名的《發現》雜誌（Discover )的專訪。他對多世界存在的論述深入淺出，讓普通人感到不難理解。

量子物理對微觀粒子的觀察

自二十世紀初，量子物理學家們發現，諸如電子、質子等所有的微觀粒子，都有一個奇怪的性質：在同一個時刻，它可以既在這裏又在那裏，也就是說一個微觀粒子同時存在於空間中的許多位置上，就像它們有分身術一樣，但是當我們真正去觀測它時，又卻只能在一個位置上找到它。這和我們日常生活中的經驗是大相逕庭的，也使所有的物理學家都大惑不解。

超弦理論中的空間結構。(維基)

人們提出了很多理論來解釋這一現象，但是嚴格來說在數學上都站不住腳。直到二十世紀五十年代，多世界理論的提出才解決了這一問題。多世界理論認為，實際上有無限多個世界，空間中有多少個位置，就有多少個世界。在這些世界的每一個中，微觀粒子都有一個確定的位置，所以看起來就像是粒子在空間每一個位置上都存在一樣。我們每做一次測量，就是從這無限多個世界中選擇出一個世界，粒子在那個世界中的位置就是我們真正測量到的位置。

德伊池教授認為，量子力學的這一理論不僅適用於微觀世界，而且適用於宏觀世界的每一個層面。因為所有的宏觀物體，包括我們自己都是由這些微觀粒子構成的，既然在微觀領域，有無數的實驗證實了量子力學的可靠性，那麼在宏觀領域，它也同樣應該適用。教授說，我們每一個人也都同時存在於不同的空間中，即使我們自己意識不到這一點。實際上不僅是每一個人，而且這個地球，甚至整個宇宙都有無數的「分身」，它們同時存在於無數宏大的世界(時空)中，在每一個時空中都有其特定的演變形式。所以他認為單一世界的概念實際上是錯誤的。

在通常情況下，我們是感覺不到多個世界存在的，我們也幾乎無法知道在另外的時空中，我們另外的自己在做什麼。但是如果精心控制實驗條件，我們可以在諸如「雙縫衍射」等實驗中，瞥見多個世界存在的蛛絲馬跡。德伊池，這位理論物理學界的大師級人物，認為這一理論是對量子力學中奇怪現象的唯一解釋。因為它基於嚴密的數學方程，和大量試驗結果。

德伊池批評了某些物理學家之所以不能接受多世界理論，是因為他們不敢改變固有的思維觀念，只是出於實用主義的考慮而應用量子力學，而不去真正思考他們每天都在用的方程式後面真正的意義是什麼。

《科學》雜誌探討另外空間

其實，對於另外空間的存在，當許多人還或信或疑的時候，越來越多的物理學家已經逐漸地接受了它。《科學》（Science ）雜誌在二零零二年五月第二九六卷上發表了一篇題為〈時空，捲曲的膜和隱藏的維度〉的綜述性文章，簡要地介紹了多維空間的概念。

通常人們比較容易理解的是四維空間: 三個空間維度和一個時間維度。）的確，四個數字就足以描述和確定任何發生在宇宙空間的事物了。但是為什麼是四個呢? 四這個數字來自何處?

在西方科學史上，科學家們都認為這沒有什麼好問的，時空本來就只有四個維度。然而，當八十七年前，愛因斯坦的廣義相對論把四個維度合併在一起，形成了時空這個概念的時候，科學家才意識到時間和空間並不是絕對的，宇宙實際上是有漲落，可延展的，它可以像橡皮球一樣被拉長，壓縮，彎曲，在某些地方空間甚至可以把自己捲曲成諸如黑洞這樣的奇異天體。

在研究宇宙結構的演變時，科學家們發現，人們沒有任何理由說時空必須是四維的，並且從數學的角度來說，多維的時空更容易被描述。那麼他們為什麼不應該存在呢？

實際上，和很多人的直覺相反，許多物理學家已經證明了多維時空的存在不僅是可能的，而且為了保持對時空描述的一致性，它們必須存在。舉例來說，在二十世紀七十年代，為了把相對論和量子力學統一在一起，物理學家們發明了當代物理學中最尖端的超弦理論，在這個理論中，構成我們宇宙的最基本的粒子是一些被稱之為「弦」的極微小的亞原子物體。弦論同時告訴人們，我們生活的這個空間實際上應該至少有十個維度，其他六維緊緊地捲縮在一起，由於其極為微小，人們無法用通常的方法探測到它們。

文章認為，人們之所以感覺不到多維空間的存在，是因為人們的視場（Field of View ）被限制在一個低維的膜中，而這個低維的膜被鑲嵌在更高維的膜中。這些膜之間一次又一次的激烈碰撞產生了一系列的大爆炸，從而演化出多重宇宙結構來。

在此之前，一篇發表在《自然》雜誌二零零一年六月第四一一卷的文章也同樣認為，我們這個宇宙只是多維空間的一層膜，多重的宇宙是以多層膜的形式存在於一個多維的超空間中。這些另外的時空可能只有原子大小，也可能無限大，我們可能探測不到它們的存在，但它們卻對我們這個宇宙的物理現象產生深刻的影響。

用德伊池的觀點來說，這就像當年人們不相信地球是圍繞著太陽轉一樣，如果拒絕用多世界的眼光看事物，人們就永遠不會對宇宙有更新和更深刻的認識。◇